Сталь 20ХН3А

Сталь 20ХН3А может быть весьма привлекательна для потребителей, именно поэтому важно разобраться с расшифровкой марки и ее характеристиками. Внимания заслуживают также сварка и закалка, химический состав стали и ее плотность, уровень твердости. Надо еще обратить внимание на особенности термической обработки.

Марка стали 20ХН3А относится к высококачественному конструкционному классу. По своему химическому составу она считается добротным легированным металлом. Доля углерода варьируется от 0,17 до 0,24%. Концентрация кремния может достигать от 0,17 до 0,37%. Значимое количество никеля (2,75 — 3,15%) прямо влияет на характеристики сплава.

Из улучшающих добавок там еще есть 0,3 — 0,6% марганца и 0,6 — 0,9% хрома. Концентрация молибдена – менее 0,11%. Доля ванадия и титана оказалась даже еще меньше. Вхождение столь вредных примесей, как сера и фосфор, очень незначительно.

Плотность этого сплава составляет 7,89 грамма на 1 куб. см. Такой показатель определен в соответствии с ГОСТ 4543, действующим с 2016 года. Тот же стандарт задает все прочие характеристики готового продукта. Согласно нормативу определять любые показатели можно только на продольных образцах, прошедших предварительную термомеханическую манипуляцию. Критическое напряжение нагрузки задано на уровне не ниже 735 МПа.

Минимальное кратковременное противодействие разрывному усилию равно 930 МПа. Оно может превосходить этот показатель. Индекс относительного механического удлинения при разрывающем усилии будет не ниже 12%. Показатель относительного сужения — выше 55%.

Другие требования приведены в ТУ (технических условиях) 14-1-950-86. В этом нормативе заданы разные характеристики для термообработанного продукта и калиброванного металла, поверхность которого имеет специальную отделку. Так, только после термообработки определяется предел текучести (от 835 МПа), кратковременное сопротивление разрыву (не ниже 980 МПа), а уровень удлинения в момент разрыва будет не менее 10%. Сечение отпечатка варьируется от 0,33 до 0,355 см. Для калиброванного сплава нормирован лишь диаметр отпечатка (он более 0,4 см), а во всех остальных пунктах в профессиональных таблицах, подразумевая и раздел по вязкости при ударах, стоят прочерки.

Важны и фундаментальные температурные позиции:

• Ac1 – 730 градусов;

• Ac3 (она же Acm) — 810 градусов;

• Ar3 (она же Arcm) — 700 градусов;

• Ar1 – 615 градусов.

Свариваемость у стали 20Х13А не слишком велика, однако сварить ее возможно. Отмечается ощутимая флокеночувствительность. Металл также склонен к хрупкости при отпуске. Механические параметры задаются для сплава при комнатной (20 градусов) температуре. В этот момент плотность вещества составляет 7850 кг на 1 куб. м., а при 600 градусах понижается до 7660 кг на 1 куб. м.

Данный тип сплава отличается превосходной прокаливаемостью. Но на том отличные свойства такой стали, в сравнении с менее легированными образцами, не исчерпываются. Надо понимать, что отборные механические характеристики проявляются только при изготовлении металлического продукта величиной не менее 7,5 — 10 см. Такая величина может быть сечением либо толщиной в зависимости от типа изделий. Сталь 20ХН3А пригодна для выработки как обычных, так и цементируемых заготовок.

Такие конструкции могут иметь превосходную крепость, быть пластичными и отличаться вязким состоянием центральной части. При этом для них свойствен еще и увеличенный твердостный показатель поверхностного слоя. Эти изделия пригодны для работы при приложении ударяющего импульса, даже при отметке ниже нуля. Речь идет про втулочные блоки и шестеренки, болтовые конструкции и технические валы. Также допустимо применять 20ХН3А для изготовления:

• муфтовых блоков;

• шпилек силового типа;

• червяковых элементов;

• прочих подлежащих цементации деталей.

Востребован такой продукт на нефтеперерабатывающих, газоперерабатывающих предприятиях и нефтехимзаводах. В этом случае цементация материала обязательна. Иначе невозможно изготовить высоконагружаемые детали, рассчитанные на повышенные скорости и ударяющие воздействия. Именно таковы не только силовые шпильки и втулки, но и:

• шестеренчатые конструкции;

• муфтовые изделия кулачкового типа;

• технические валики;

• интенсивно нагружаемые колеса с зубцами;

• системы быстродействующих зубчатых передающих узлов, используемых на бурильном оборудовании;

• собачки роторных клиньев;

• сухари;

• шарошки;

• лапные части буровых долот.

Термическое улучшение сплава 20ХН3А вполне возможно. Для закалки такого сырья используют специальное масло. Разброс температур составляет от 820 до 860 градусов. После этого производится отпуск, для чего металл охлаждают до 550–650 градусов. В некоторых случаях технологи предпочитают низкий отпуск, проводимый при 200—220 градусах.

Отпускная хрупкость представляет действительно большую проблему. Компенсировать такой недостаток удается за счет стремительного охлаждения стали 20ХН3А в процессе высокого отпуска. Ускорить этот процесс помогает использование, к примеру, специальных масел.

Свои особенности сталь 20ХН3А проявляет в том числе и при цементировании. Ее ведут при 930—960 градусах. По окончании такой процедуры необходимы дополнительная двойная процедура закаливания и низкотемпературный режим отпуска. Исходное закаливание преимущественно ведется при цементационном прогреве, а второй заход делают при 750—790 градусах; отпускной процедурой занимаются при 180—200 градусах. Очень важно убрать избыток аустенита в подвергшемся цементации слое; решить эту задачу помогает дополнение первой закалки высоким отпуском при 630—650 градусах.